Исследователи из Лондонского университета королевы Марии определили новый механизм, при котором адгезивные структуры внутри клеток сердца ощущают жесткость посредством мышечных сокращений и напряжения в состоянии покоя одновременно.
Исследование, опубликованное в Developmental Cell, также показывает, что напряжение покоя в клетках сердца увеличивается после сердечного приступа и других сердечных заболеваний. Это меняет способ восприятия сердечными клетками жесткости, поскольку они теряют чувствительность.
Это говорит о том, что нарушение механочувствительности и передачи сигналов, возникающее при повышении напряжения в состоянии покоя, является фактором, способствующим прогрессированию сердечного заболевания в сторону сердечной недостаточности. Когда клетки неправильно понимают свойства окружающей их среды, это приводит к тому, что клетки сердца также не могут биться.
Ведущий автор доктор Томас Искрат из Школы инженерии и материаловедения Королевы Марии сказал: "Это исследование развивает наше понимание механизмов болезни. Он показывает, что изменения в сердце после сердечного приступа способствуют развитию болезни двумя способами. С одной стороны, он изменяет механические свойства сердца, а с другой – меняет то, как клетки сердца измеряют эти свойства и реагируют на них."
Жесткость клеточной среды может направлять клеточные процессы, от миграции клеток до дифференцировки или гибели клеток. Многие органы меняют жесткость в процессе развития, старения или болезни. Например, сердце становится жестче, поскольку оно образуется в эмбрионе, и оно становится жестче при различных сердечных заболеваниях, в основном из-за фиброза.
Известно, что такие изменения жесткости влияют на фенотип – или внешний вид и поведение – клеток сердечной мышцы и их способность эффективно биться. Однако до сих пор было неясно, как клетки могут измерять жесткость.
Выявив механизм, с помощью которого адгезивные структуры внутри клеток ощущают сокращение и напряжение, исследователи обнаружили, что эта комбинация сил приводит к растяжению талина, механочувствительного белка на внутриклеточной стороне спаек. Затем растяжение талина инициирует серию событий, которые включают усиление адгезии и передачу сигналов ядру для изменения фенотипа клетки.
В зависимости от жесткости окружающей среды это приводит к циклическому растяжению талина (когда жесткость сопоставима со здоровым взрослым сердцем), непрерывному растяжению талина (когда жесткость сопоставима с жесткостью больного, фиброзного сердца) или отсутствием растяжения талин (когда жесткость сравнима с эмбриональным сердцем). Исследователи также обнаружили признаки более высокого напряжения в состоянии покоя при сердечных заболеваниях, что снова сместит баланс с циклического на постоянное растяжение талина.
Доктор Искрач добавил: "Необходимы дальнейшие шаги, чтобы исследовать, как различные типы растяжения талина преобразуются в изменение поведения клеток. Кроме того, необходимы дополнительные эксперименты для наблюдения за изменениями механической чувствительности больного сердца. Вместе это позволит определить цели для новых лекарств."